Die Frage, wie Kohlenstoff in verschiedenen Ökosystemen verarbeitet wird, hat in der Wissenschaft viel Aufmerksamkeit erhalten. Eine neue Studie, die im Fachjournal „Communications Earth & Environment“ veröffentlicht wurde, beleuchtet den Kohlenstoffkreislauf in einem einzigartigen marinen Ökosystem unter der Leitung von Joely Maak, einer Wissenschaftlerin am MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen. Ziel der Forschung war es, die Umwandlung von Kohlenstoff aus hydrothermalen Quellen am Meeresboden zu verstehen, die aus Milliarden von Jahren alten Kohlenstoffreservoirs stammen.
Der Prozess beginnt in den heißen Quellen, die sich am Ozeanboden befinden. Diese Quellen geben Kohlendioxid ab, das aus dem Erdinneren stammt. Der Kohlenstoff in diesem Gas kann entweder direkt aus dem Erdmantel stammen oder als Ergebnis geochemischer Reaktionen in geologisch aktiven Zonen entstehen. Dort, wo Erdplatten aufeinandertreffen oder sich trennen, wird das Gestein erhitzt und verändert, was zur Freisetzung von Kohlenstoff führt. Was mit diesem Kohlenstoff geschieht, nachdem er ins Meer gelangt, war bislang unklar.
Um dies zu erforschen, untersuchten die Forscher ein Hydrothermalsystem in etwa zehn Metern Wassertiefe vor der Insel Kueishantao in Taiwan. Sie verfolgten den Weg des Kohlenstoffs durch das umliegende Wasser und die Interaktionen mit Mikroben sowie höheren Organismen. „Wir konnten nachweisen, dass jahrtausendealter Kohlenstoff aus hydrothermalen Quellen das Leben in diesen extremen Umgebungen nährt“, erklärt Joely Maak.
Ein Schlüssel zur Untersuchung war der Einsatz von radiokohlenstoffhaltigen Isotopen (14C), die in der oberen Erdatmosphäre durch kosmische Strahlung entstehen. Dieses Isotop gelangt über Kohlendioxid in den Kohlenstoffkreislauf, wird von Pflanzen und Mikroben aufgenommen und bleibt während der Lebenszeit eines Organismus stabil. Stirbt der Organismus jedoch oder wird der Kohlenstoff isoliert, zerfällt das 14C allmählich. Kohlenstoff aus dem Erdinneren ist extrem alt und enthält daher kein 14C mehr, was es den Forschern ermöglicht, den hydrothermalen Kohlenstoff klar von modernem Kohlenstoff zu unterscheiden.
Die Forscher verwendeten den „14C-Tot“-Kohlenstoff als natürlichen Marker, um zu untersuchen, wie dieser Kohlenstoff durch das marine Nahrungsnetz fließt. Die Ergebnisse waren überraschend: Der alte Kohlenstoff machte bis zu 30 Prozent der Biomasse der Bakterien aus, die im Hydrothermalsystem leben. Diese Bakterien nutzen einen speziellen Stoffwechselweg, den reduktiven Tricarbonsäurezyklus (rTCA), der es ihnen erlaubt, Kohlendioxid auch unter extremen Bedingungen in ihre Biomasse einzubauen. Darüber hinaus fanden die Wissenschaftler heraus, dass auch Krebstiere, die sich von diesen Bakterien ernähren, diesen alten Kohlenstoff in ihrem Gewebe speichern.
Ein weiterer spannender Aspekt der Studie war die Unterscheidung zwischen der chemischen und der photosynthetischen Nutzung des Kohlenstoffs. Durch die Analyse von Wasserstoffisotopen konnten die Wissenschaftler feststellen, dass auch photosynthetisch aktive Organismen Kohlenstoff aus hydrothermalen Quellen in gewissem Maße aufnehmen, selbst wenn sie weiter von den heißen Quellen entfernt sind. Trotz dieser vielfältigen Aufnahmemöglichkeiten bleibt jedoch der Großteil des freigesetzten Kohlendioxids im Ozean nicht in der unmittelbaren Umgebung des Hydrothermalsystems, sondern verteilt sich in den umgebenden Wassermassen oder gelangt in die Atmosphäre.
Die Studie hebt die Bedeutung internationaler Zusammenarbeit in der Wissenschaft hervor, in diesem Fall zwischen Taiwan und Bremen. Diese Kooperation hat es den Forschern ermöglicht, verborgene biogeochemische Prozesse im Ozean zu entschlüsseln, die für das Verständnis des globalen Kohlenstoffkreislaufs von großer Bedeutung sind.
Die Ergebnisse dieser Forschung tragen nicht nur zum Wissen über marine Ökosysteme bei, sondern haben auch Implikationen für die globale Klimaforschung. Sie zeigen, wie komplexe geologische und biologische Prozesse miteinander interagieren und wie wichtig es ist, den Einfluss des Ozeans auf das gesamte Erdsystem zu verstehen. Diese Erkenntnisse sind entscheidend für die Entwicklung nachhaltiger Strategien zum Schutz der Meeresumwelt und zur Bekämpfung des Klimawandels.
